最近幾年，手機行業的「軍備競賽」日益激烈，每家廠商都在不斷加大研發力度，希望自家產品能在性能上儘可能長時間地壓倒對手，消費者幾乎每隔幾個月就能在新手機上看到全新的技術應用或是舊功能得到革新。
在諸多技術之中，充電技術是這場競賽的核心「軍備」。從華為的40W快充開始，小米、OPPO、vivo等廠商陸續推出44W、55W、65W乃至最近的125W快充，用戶的生活方式逐漸改變。不再需要向過去那樣整晚給充電，每天只需洗漱時充電一小會，就能滿足大半天的使用，生活方便了許多。
但與此同時，隨著充電功率的上升，裡面的散熱組件及濾波、保險、電容等器件越來越多，充電器的體積也越來越大。過去可以揣在口袋裡的充電頭，在65W快充到來的時代，已經有了向磚頭靠攏的趨勢。
在未來，阻礙快充普及的可能不再是充電發熱、自燃之類的安全風險，而是充電頭巨大的體積和沉甸甸的重量。充電技術發展遇到了短暫的瓶頸。
不過，這個瓶頸很快被突破了。
風口上的氮化鎵
去年8月份，愛否聯合倍思發布了國內市場第1款65W氮化鎵充電器，它的體積只有其他廠商65W充電器的一半左右，頓時引發了關注。自此，「氮化鎵(GaN)」一詞開始成為了數碼圈的熱詞。很快，OPPO跟進推出自家的65W氮化鎵充電器，許多第三方廠商也推出相應產品。
今年1月，小米也推出這一產品。通過有巨大網絡影響力的雷軍不遺餘力地宣傳，氮化鎵的熱度再度拔高。
接著，華為在基站中棄用美國晶片，轉而使用「備胎」氮化鎵射頻PA的消息傳出，更是讓這種新貴材料的熱點不再限於充電器行業。人們對整個氮化鎵半導體行業的關注都開始上升。
事實上，說氮化鎵材料是「新貴」不太貼切，事實上，早在30年前，這種材料就已經被用在半導體上。但因為種種原因，它在過去並沒得到廣泛使用，大多數人對其也是知之甚少。
簡單說，半導體行業發展近百年，已經經歷了3代半導體晶圓材料的革新。第1代半導體是鍺和矽;第2代半導體以砷化鎵、磷化銦為代表;氮化鎵則屬於第3代半導體材料，與其同類的還有碳化矽、氧化鋅、氧化鋁、金剛石等。
其中，氮化鎵和碳化矽是目前研究最為火熱的第3代半導體材料，被稱為第3代半導體的「雙子星」。
那麼，比起第1代和第2代半導體，第3代半導體的進步在哪裡呢?第3代半導體又稱作「寬禁帶半導體」，顧名思義，其核心優勢就在「寬禁帶」上。
核心優勢——禁帶
先簡單科普一下「禁帶」的概念。
初中化學內容：一個物體能否導電以及導電能力強不強，取決於其能否產生自由流動的電子以及產生自由電子的能力。金屬類元素的原子核對外層電子的束縛能力較弱，因此表現為良導體;非金屬元素原子核對於外層電子束縛能力強，因此外層電子不能自由流動，成為了絕緣體。
而半導體在二者之間——它本身不導電，但是在一定的狀況下，比如摻進雜質後，就可以導電。
在固體中，原子外的電子會分成不同能級，當原子間相互作用導致能級移動時，就產生了一組差別很小的能級，也就是能帶。其中，電子從最低能級開始依次向上填充，被填滿的能帶稱為滿帶，滿帶中能量最高的一條稱為價帶。由於已經擠滿了電子，可以認為價帶中的電子是不導電的。
從價帶繼續往上，就是沒有被填滿的能帶，由於這個能帶幾乎是空的，所以電子可以自由移動，這個能帶就是導帶。在導帶和價帶之間的就是禁帶。換句話說，禁帶就是電子從價帶「突破」到導帶所需的能量。
簡單打個比方，滿帶就像半導體內一條擠滿電子的公路A，導帶則是旁邊是一條空蕩蕩的公路B，禁帶是公路A和公路B之間的溝，價帶則是公路A上最靠近公路B的車道。
如果溝太寬，電子沒辦法從公路A跳到公路B上去，交通便陷入徹底癱瘓，這就是絕緣體;如果溝很窄，電子很容易走上公路B，交通就會立刻順暢起來，這就是金屬。半導體就是在公路A和公路B之間搭了一座升降橋，實現電子可控地移動。
從這裡我們可以知道，半導體的禁帶不能太窄，否則只需很小的能量就能讓所有電子自由移動。半導體就變成了導體，上面的電流不再可控。
更關鍵的是，這種情況是不可逆的，所有電子成為自由電子後，化學鍵就破裂了，材料本身發生了變性。一旦化學鍵破裂，就會和環境中的其他原子，例如氧，形成新的化學鍵，就不再是晶體了。
反過來，禁帶寬的好處有很多。比如和前面說的相反，禁帶越寬，意味著這個材料本身越難成為導體，可以承受的電壓也就越高，用它製作半導體器件也就能承受更高的功率和溫度。
進而，相對於原來的矽器件，同樣電壓等級下，寬禁帶半導體的die(從晶圓上切割下的晶片)可以做得更小，從而讓幹擾半導體元件性能的寄生參數更小，發熱更小。寄生參數小則帶來導通速度快、反向恢復電流小、開關損耗小、承受溫度高等優勢。
從具體指標上可以看出，第3代半導體幾乎全面領先矽和砷化鎵：
從4000萬到20億美金的市場
在氮化鎵和碳化矽中，碳化矽熱導率較高，使得其在高功率應用中佔據統治地位;由於氮化鎵具有更高的電子遷移率，具有更高的開關速度，在高頻率應用領域，氮化鎵具備優勢。
今年4月20日，國家發改委宣布「新基建」的範圍，第3代半導體赫然在列。
在第3代半導體中，碳化矽相對氮化鎵發展更早一些，技術成熟度也更高一些，其優勢在高溫和1200V以上的大電力領域，包括電力、高鐵、電動車、工業電機等。不過，近年來氮化鎵適合的高頻小電力領域，例如通信基站、毫米波等產業開始興起，碳化矽未來市場廣大。
當然，在消費者領域，和氮化鎵耐高壓、高溫、大電流特性最匹配的，無疑就是用在快充上了。其功率密度更大，因此功率密度/面積遠超矽基，此外由於使用氮化鎵晶片後還減少了周邊的其他元件的使用，電容，電感，線圈等被動件比矽基方案少的多，進一步縮小的體積。
小米1月發布的65W快充，尺寸僅為56.3mm x 30.8mm x 30.8mm，體積比小米筆記本標配的65W適配器小了約48%，約為蘋果61W快充充電器的三分之一。
從總體產業格局看，氮化鎵產業鏈和傳統半導體產業類似，包括單晶襯底製造氮化鎵材料外延氮化鎵器件設計氮化鎵器件製造這4個環節。各環節相關企業來看，基本以歐美企業為主，中國企業已經有所涉足。
氮化鎵器件主要分成射頻器件和功率器件以及光電器件三大方面。氮化鎵光電器件已經是成熟市場，規模也不大，為了這個領域的發展將主要集中在射頻器件和功率器件上。
根據Yole的統計，2018年，氮化鎵功率和射頻相加僅僅4000萬美金的市場規模，但業內認為，隨著5G基站的建設高潮，汽車電子、雷射雷達以及消費電子的快速增長，無論是功率領域還是射頻領域，氮化鎵器件市場未來都會出現較大增長。
Yole預測，氮化鎵射頻器件市場預計到2024年成長至20億美元;同時，氮化鎵功率器件市場規模預計到2022年將增長到4.6億美元。